基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統及方法
2023-04-27 01:46:21 1
基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統及方法，該系統包括依次相連的同步數字系列下行信號發送端、第一增益鉗制波長轉換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益鉗制波長轉換器、同步數字系列下行信號接收端。本發明基於半導體全光波長轉換器，在傳統SDH設備上實現密集波分復用技術，系統結構簡單合理，能節約纖芯資源，降低系統建設、維護成本，利於大規模工程應用和後期系統維護。
【專利說明】基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明新型涉及波分復用技術，具體來說是一種基於半導體全光波長轉換器的密 集波分復用光傳輸系統。
【背景技術】
[0002] 隨著光纖通信系統在電力通信中的飛速發展，電力通信光纜纖芯資源日益緊張， 已有部分主幹光纜段纖芯資源已全部用盡，出現纖芯卡口的狀況，由於部分卡口線路段不 具備新增光纜的條件或在短時間內無法新增光纜，使電力光纖通信的發展受到了嚴重製 約。
[0003] 纖芯資源的不足，源於傳統同步數字系列（SDH)光纖傳輸系統的不斷新增，這些 不同級別（電力通信一、二、三、四級光纖傳輸系統）、不同用途、不同廠家的傳統SDH設備， 佔用了大量纖芯資源，此外，部分主幹光纜段還要提供部分纖芯給線路保護系統使用，再加 上光纜投入運行年限過長，部分纖芯遭受損壞，使得纖芯資源更趨緊張。
[0004] 解決光纜卡口問題的途徑，其一是新增光纜路由，但此種方法投資大，建設時間 長，尤其是針對長距離傳輸線路而言，且部分卡口線路不具備新增光纜的條件。其二是積極 採用新的傳輸技術，如波分復用技術，利用波分復用的原理實現共纖芯傳輸，但是，傳統的 SDH設備板卡並不具備直接採用波分復用技術的條件，在此環境下，利用半導體材料構建即 插即用型全光波長轉換器，和原有SDH設備傳輸板卡相配合構建一個基於全光波長轉換器 的光傳輸系統，在傳統SDH設備上實現波分復用技術，成為了解決目前光纜纖芯資源緊張， 部分光纜段出現纖芯卡口問題的重要選擇。
【發明內容】
[0005] 針對目前存在的問題，本發明的目的在於提供一種基於半導體全光波長轉換器的 光傳輸系統及方法。本發明基於半導體全光波長轉換器，在傳統SDH設備上實現密集波分 復用技術，系統結構簡單合理，能節約纖芯資源，降低系統建設、維護成本，利於大規模工程 應用和後期系統維護。
[0006] 本發明所採用的技術方案是：基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統，其包括 依次相連的同步數字系列下行信號發送端、第一增益鉗制波長轉換器、合波器、傳輸光纖、 分波器、第二增益鉗制波長轉換器、同步數字系列下行信號接收端。
[0007] 所述的系統，基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統內還包括上行光信號系 統，且同步數字系列上行信號發送端與同步數字系列下行信號接收端在同一套同步數字系 列設備中，同步數字系列上行信號接收端與同步數字系列下行信號發送端在同一套同步數 字系列設備中；與同步數字系列上行信號發送端依次相連的包括與下行相同的上行第一增 益鉗制波長轉換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益鉗制波長轉換器，上行第二增益鉗 制波長轉換器再與同步數字系列上行信號接收端相連。
[0008] 所述的系統，各增益鉗制波長轉換器均包括並聯的分布式反饋雷射器和摻鉺光纖 放大器，它們再與合波器、第一隔離器、半導體光放大器、第二隔離器、濾波器依次相連，摻 鉺光纖放大器外接需進行波長轉換的源信號，即與同步數字系列下行或上行信號發送端， 或者分波器輸出端相連，波長轉換後的光信號由濾波器輸出。
[0009] 所述的系統，同步數字系列下行或上行信號接收端還接有可調衰減器。
[0010] 基於半導體全光波長轉換器的光傳輸方法，包括：多個同步數字系列下行或上行 信號發送端（信號中心波長1500nm)發出的不符合密集波分復用技術波長標準的光信號進 入相應的第一增益鉗制波長轉換器進行波長轉換，產生波長隨同步數字系列下行或上行信 號發送端不同而不同、符合密集波分復用技術波長標準（頻率間隔50GHz或100GHz可選， 頻率範圍為186. 00THz-200. 95THz，對應波長範圍為1611. 79nm-1491. 88nm)、與同步數字 系列下行或上行信號發送端信號反相的轉換光信號；多路不同波長的轉換光信號進入合波 器，進行合波後送入同一傳輸光纖，實現密集波分復用共纖芯傳輸；合波信號經共芯傳輸到 達對端站後，經分波器將合波信號分解，恢復為不同波長的轉換光信號，再分別送入相應的 第二增益鉗制波長轉換器，將其轉變成波長與相應同步數字系列下行或上行信號發送端波 長近似（±lnm)、能夠被相應同步數字系列下行或上行信號接收端（接收信號波長範圍為 1580-1500nm)接收的光信號，同時糾正因第一增益鉗制波長轉換器波長轉換所造成的反 相，然後分別送入相應的同步數字系列下行或上行信號接收端，實現光信號的接收。
[0011] 所述的方法，各增益鉗制波長轉換器進行波長轉換的方法包括：需進行波長轉換 的源信號經摻鉺光纖放大器放大後，和分布式反饋雷射器輸出的光信號經合波器耦合後通 過第一隔離器進入半導體光放大器，完成信號的全光波長轉換，分布式反饋雷射器的輸出 信號將受到同步數字系列信號的調製，再經第二隔離器輸出，隔離器的作用是防止光信號 逆行；經第二隔離器輸出的混合光信號通過光濾波器，將殘餘的源信號和部分噪音信號濾 除後，輸出受調製後的分布式反饋雷射器信號，即為經過全光波長轉換的光信號。
[0012] 所述的方法，增益鉗制全光波長轉換器基於半導體光放大器進行全光波長轉換的 方法包括：
[0013](1)第一增益鉗制波長轉換器的輸出信號波長為Ai，i為與相應同步數字系列下 行或上行信號發送端對應的序號，i= 1，2, 3...，A4由其內部的分布式反饋雷射器輸出波 長決定，採用不同輸出波長的、波長符合密集波分復用技術波長標準的分布式反饋雷射器， 使得不同的第一增益鉗制波長轉換器輸出光信號的波長不同，且符合密集波分復用技術波 長標準；
[0014] 第二增益鉗制波長轉換器採用與相應同步數字系列下行或上行信號發送端波長 九近似的分布式反饋雷射器，使得第二增益鉗制波長轉換器輸出的光信號波長與近似， 以便被相應的同步數字系列下行或上行信號接收端接收；
[0015] (2)第一增益鉗制波長轉換器的輸出信號功率幅度特徵由下式決定：
[0016] gi=a(N-N0) -y!(人廠人N)2+y2(人！一入N)3
[0017] 式中，gi為增益係數，a為材料增益常數，N為載流子密度，N。是透明時的載流子 密度，^^是載流子密度為N時的增益峰值波長，yJPy2分別為第一係數和第二係數； [0018] 在第一增益鉗制波長轉換器中，當經摻鉺光纖放大器放大後的發送端光信號為^的 強度增加，即光信號為fl表現為" 1"時，將大量消耗半導體光放大器有源區內的載流子，使載 流子密度N值減小，依上式^將減小，導致分布式反饋雷射器輸出的光信號X,獲得的增益 減少，經濾波器輸出後將表現為信號"0" ；當被放大過的發送端光信號九的強度減小，即光 信號九表現為"〇"時，半導體光放大器消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從而分布式反 饋雷射器輸出的光信號Ai獲得的增益將增加，經濾波器輸出後將表現為信號" 1 "，如此在 第一增益鉗制波長轉換器的輸出端就得到與發送端信號為"反相、波長與分布式反饋雷射器 光信號波長-致的光信號，完成光信號的波長轉換；
[0019] 同樣的原理，在第二增益鉗制波長轉換器中，當經摻鉺光纖放大器放大後的分波 器輸出信號的強度增加，即Ai表現為" 1 "時，將大量消耗半導體光放大器有源區內的載流 子，使載流子密度N值減小，依上式gi將減小，導致分布式反饋雷射器輸出的與^^近似的光 信號獲得的增益減少，經濾波器輸出後將表現為信號當經摻鉺光纖放大器放大後的分 波器輸出信號A,的強度減小，g卩X,表現為"〇"時，其消耗的載流子將減少，因此gi將增 大，從而分布式反饋雷射器輸出的光信號獲得的增益將增加，經濾波器輸出後將表現為信 號" 1"，如此在第二增益鉗制波長轉換器的輸出端就得到與源信號Ai反相、波長與分布式 反饋雷射器光信號波長一致的光信號，完成光信號的波長轉換。
[0020] 本發明的有益效果在於：使不同廠家、不同型號、不同傳輸速率的SDH設備信號實 現共纖芯傳輸，緩解纖芯資源不足的情況。同時節省了材料與附件設備的投資，降低了光纜 纖芯管理難度，提高了傳輸系統的安全性和穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1是增益鉗制波長轉換器（GCWC)結構圖。
[0022] 圖2是基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統結構圖。
【具體實施方式】
[0023] (1)增益鉗制波長轉換器（GCWC)實施方式
[0024] 增益鉗制波長轉換器（GCWC)如圖1所示。前端包括分布式反饋雷射器（DFB)和 摻鉺光纖放大器（EDFA)，DFB用於提供轉換波長光信號，EDFA用於將需進行波長轉換的源 信號[在第一GCWC為同步數字序列（SDH)輸出端信號，在第二GCWC為分波器輸出信號] 進行放大，以提高轉換效率。DFB光信號和源信號經合波器耦合後通過隔離器進入半導體光 放大器（SOA)，由於交叉增益調製效應，DFB光信號的功率幅度將受到源信號的調製，從而 產生波長與DFB光信號相同、與源信號相反的波長轉換信號，完成全光波長轉換過程，再經 隔離器輸出。隔離器的作用是防止光信號逆行，從而損壞SOA或其他光器件。經隔離器輸 出的混合光信號通過光濾波器，將剩餘的SDH或分波器輸出的源信號及部分噪音信號濾除 後，輸出即為經過全光波長轉換的光信號。
[0025] GCWC的輸出信號波長A= 1，2, 3...)由DFB輸出波長決定，採用不同輸出波 長的、波長符合密集波分復用技術波長標準的DFB，使得不同的第一GCWC輸出光信號的波 長不同，且符合密集波分復用技術波長標準；採用不同的、與相應SDH波長為a近似的分布式 反饋雷射器，使得第二GCWC輸出的光信號波長與九近似，以便被相應的SDH接收端接收。
[0026]GCWC的輸出信號功率幅度特徵由下式決定：
【權利要求】
1. 基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系統，其特徵在於：包括依次相連的同步數字 系列下行信號發送端、第一增益錯制波長轉換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益錯制 波長轉換器、同步數字系列下行信號接收端。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於：基於半導體全光波長轉換器的光傳輸系 統內還包括上行光信號系統，且同步數字系列上行信號發送端與同步數字系列下行信號接 收端在同一套同步數字系列設備中，同步數字系列上行信號接收端與同步數字系列下行信 號發送端在同一套同步數字系列設備中；與同步數字系列上行信號發送端依次相連的包括 與下行相同的上行第一增益錯制波長轉換器、合波器、傳輸光纖、分波器、第二增益錯制波 長轉換器，上行第二增益錯制波長轉換器再與同步數字系列上行信號接收端相連。
3. 根據權利要求2所述的系統，其特徵在於：各增益錯制波長轉換器均包括並聯的分 布式反饋雷射器和滲巧光纖放大器，它們再與合波器、第一隔離器、半導體光放大器、第二 隔離器、濾波器依次相連，滲巧光纖放大器外接需進行波長轉換的源信號，即與同步數字系 列下行或上行信號發送端，或者分波器輸出端相連，波長轉換後的光信號由濾波器輸出。
4. 根據權利要求2所述的系統，其特徵在於：同步數字系列下行或上行信號接收端還 接有可調衰減器。
5. 基於半導體全光波長轉換器的光傳輸方法，其特徵在於包括；多個同步數字系列下 行或上行信號發送端發出的不符合密集波分復用技術波長標準的光信號進入相應的第一 增益錯制波長轉換器進行波長轉換，產生波長隨同步數字系列下行或上行信號發送端不同 而不同、符合密集波分復用技術波長標準、與同步數字系列下行或上行信號發送端信號反 相的轉換光信號；多路不同波長的轉換光信號進入合波器，進行合波後送入同一傳輸光纖， 實現密集波分復用共纖巧傳輸；合波信號經共巧傳輸到達對端站後，經分波器將合波信號 分解，恢復為不同波長的轉換光信號，再分別送入相應的第二增益錯制波長轉換器，將其轉 變成波長與相應同步數字系列下行或上行信號發送端波長近似、能夠被相應同步數字系列 下行或上行信號接收端接收的光信號，同時糾正因第一增益錯制波長轉換器波長轉換所造 成的反相，然後分別送入相應的同步數字系列下行或上行信號接收端，實現光信號的接收。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，各增益錯制波長轉換器進行波長轉換的 方法包括：需進行波長轉換的源信號經滲巧光纖放大器放大後，和分布式反饋雷射器輸出 的光信號經合波器禪合後通過第一隔離器進入半導體光放大器，完成信號的全光波長轉 換，分布式反饋雷射器的輸出信號將受到同步數字系列信號的調製，再經第二隔離器輸出， 隔離器的作用是防止光信號逆行；經第二隔離器輸出的混合光信號通過光濾波器，將殘餘 的源信號和部分噪音信號濾除後，輸出受調製後的分布式反饋雷射器信號，即為經過全光 波長轉換的光信號。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，增益錯制全光波長轉換器基於半導體光 放大器進行全光波長轉換的方法包括： (1)第一增益錯制波長轉換器的輸出信號波長為A 1，i為與相應同步數字系列下行或 上行信號發送端對應的序號，i= 1，2, 3. ..，Ai由其內部的分布式反饋雷射器輸出波長決 定，採用不同輸出波長的、波長符合密集波分復用技術波長標準的分布式反饋雷射器，使得 不同的第一增益錯制波長轉換器輸出光信號的波長不同，且符合密集波分復用技術波長標 準； 第二增益錯制波長轉換器採用與相應同步數字系列下行或上行信號發送端波長入id近似的分布式反饋雷射器，使得第二增益錯制波長轉換器輸出的光信號波長與A1。近似， W便被相應的同步數字系列下行或上行信號接收端接收； (2)第一增益錯制波長轉換器的輸出信號功率幅度特徵由下式決定：gi=a(N-N。）一y1(AAN) 2+T2(人i_ 入N) 3 式中，gi為增益係數，a為材料增益常數，N為載流子密度，N。是透明時的載流子密度， 入W是載流子密度為N時的增益峰值波長，丫 1和丫 2分別為第一係數和第二係數； 在第一增益錯制波長轉換器中，當經滲巧光纖放大器放大後的發送端光信號A1。的強 度增加，即光信號A1。表現為"1"時，將大量消耗半導體光放大器有源區內的載流子，使載 流子密度N值減小，依上式&將減小，導致分布式反饋雷射器輸出的光信號Ai獲得的增益 減少，經濾波器輸出後將表現為信號"0";當被放大過的發送端光信號A1。的強度減小，即 光信號A1。表現為"0"時，半導體光放大器消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從而分布 式反饋雷射器輸出的光信號Ai獲得的增益將增加，經濾波器輸出後將表現為信號"1 "，如 此在第一增益錯制波長轉換器的輸出端就得到與發送端信號A1。反相、波長與分布式反饋 雷射器光信號波長Ai-致的光信號，完成光信號的波長轉換； 同樣的原理，在第二增益錯制波長轉換器中，當經滲巧光纖放大器放大後的分波器輸 出信號的強度增加，即Ai表現為"1"時，將大量消耗半導體光放大器有源區內的載流子，使 載流子密度N值減小，依上式&將減小，導致分布式反饋雷射器輸出的與A1。近似的光信號 獲得的增益減少，經濾波器輸出後將表現為信號"0";當經滲巧光纖放大器放大後的分波器 輸出信號Ai的強度減小，即Ai表現為"0"時，其消耗的載流子將減少，因此gi將增大，從 而分布式反饋雷射器輸出的光信號獲得的增益將增加，經濾波器輸出後將表現為信號"1"， 如此在第二增益錯制波長轉換器的輸出端就得到與源信號Ai反相、波長與分布式反饋激 光器光信號波長一致的光信號，完成光信號的波長轉換。
【文檔編號】H04B10/25GK104468018SQ201410768669
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】孫志峰, 王會洪, 張敏明, 陳璞, 李曉磊, 趙錦輝 申請人:國網湖北省電力公司信息通信公司